CALORIMETRIA A
SCANSIONE DIFFERENZIALE
S.I.C.S.I. VIII Ciclo - II anno
Indirizzo Scienze Naturali
Corso di Laboratorio di Chimica Analitica
Prof. Andini
Destinatari: alunni di un quinto anno I.T.I.
Prerequisiti: fondamenti di termodinamica.
Obiettivi: introdurre alle tecniche di analisi termica;
individuare le temperature caratteristiche di una
sostanza attraverso la lettura di un termogramma.
La calorimetria fa parte dell’insieme dei
metodi di analisi termica
ANALISI TERMOGRAVIMETRICA - TGA
ANALISI TERMOMECCANICA - TMA
CALORIMETRIA A SCANSIONE DIFFERENZIALE - DSC
ANALISI TERMOGRAVIMETRICA (TGA)
Consente un'analisi quantitativa della composizione di un
campione in funzione di T; non consente di identificare la
natura dei componenti, ma solo di misurare quanto peso
viene perso dal campione ad una certa temperatura.
ANALISI TERMOMECCANICA (TMA)
Misura del comportamento di un campione a sollecitazioni
meccaniche in funzione della temperatura.
IL DSC consente di studiare il comportamento
di una sostanza
all’aumentare (o al diminuire) di T
Trasformazioni
fisiche
(evaporazione,
fusione,
cristallizzazione, transizione vetrosa, transizioni di
fase)
Trasformazioni chimiche (reazioni di decomposizione,
di polimerizzazione, di reticolazione, di ossidazione)
Il DSC consente di valutare:
La variazione di T prodotta in un campione
sottoposto ad un flusso di calore.
L’energia necessaria per compensare il calore
sviluppato
specifica
(o
richiesto)
transizione,
in
nel
corso
funzione
di
di
una
T
e
dell’atmosfera (inerte o reattiva) in cui viene
effettuata l’analisi.
CALORE E TEMPERATURA
Scambio di
calore
Processo
tra il nostro
Processo
endotermico
sistema e
esotermico
l’ambiente
a P costante
Il DSC misura perciò la quantità di energia assorbita
(processo endotermico) o rilasciata (processo esotermico) da
un campione nel corso di un esperimento di
riscaldamento/raffreddamento (processo non-isotermo)
oppure nel corso di un esperimento condotto a T costante per
un certo intervallo di tempo (processo isotermo).
Come funziona il DSC?
• In
una camera di misura ci sono due crogioli, un crogiolo
vuoto, detto “riferimento”, e un crogiolo con il campione.
Ogni
crogiolo
è posto su una resistenza
indipendente.
• Le
resistenze controllano che il la differenza di
temperatura tra i crogioli sia costante per tutto
l'esperimento.
Consideriamo un processo endotermico: il campione richiede maggior
calore, cioè la sua resistenza deve fornire più calore rispetto a quella
del riferimento: la quantità di calore in più che deve fornire è il
parametro che viene misurato in un esperimento al DSC .
Termocoppia
TR
Riferimento
N2
Termocoppia
Campione
TC
Wwatt
2 circuiti di riscaldamento indipendenti
(sistema di controllo della differenza di energia fornita)
Sistema di controllo della T differenziale
(misura e regola automaticamente l’alimentazione di energia (Watt) al campione
e al riferimento, in modo che DT = TC - TR = 0)
Monitoraggio
Asse x Asse y -
Temperatura del campione
Differenza di energia di alimentazione fornita
alle due resistenze DW = Wcamp - Wrif (Watt),
o flusso di calore (cal/sec)
Watt
o
cal/sec
T (°C)
Quando il processo è endotermico entra in funzione la
resistenza del campione
DW = Wcamp - Wrif > 0
Segnale positivo
Quando il processo è esotermico entra in funzione la
resistenza del riferimento
DW < 0
Segnale negativo
Termogramma di un polimero semicristallino
Linea di base
Processo esotermico
Processo endotermico
CRISTALLIZZAZIONE
TRANSIZIONE VETROSA
Tg: Temperatura di transizione vetrosa
Tc: Temperatura di cristallizzazione
Tf: Temperatura di fusione
To: Temperatura di ossidazione
Td: Temperatura di decomposizione
FUSIONE
Strumentazione
Intervallo di T:
Precisione:
Velocità di scansione:
Contenitori:
da -170°C a +730°C
da ± 0.1 a ± 0.01°C
Al o Au
da 0.01 a 500°C/min
Dove si usa?
Nel campo della ricerca, nel controllo qualità, per
l’ottimizzazione di processi e analisi dei difetti
Industrie
farmaceutiche,
cosmetiche,
tessili
aerospaziali, alimentari
Industria di materiali polimerici (leghe, resine ed
elastomeri)
